为了探究渗流和溢流导致的冰碛坝溃决特征，文章通过数值模型和水槽试验对冰川溃决导致的冰湖溃决进行了研究。一是将渗流模型和边坡稳定性模型纳入流动和坝面侵蚀数值模型，并对溃决流量、渗流剖面和坝面侵蚀等的结果进行了模拟，计算出由渗流和溢流引起的冰湖溃决的推理数据；二是进行了水槽模拟实验，对比不同数值模型在水分运动和边坡稳定性分析中的适用性。结果表明，使用van Genuchten函数模拟的水分运动与实验结果更吻合，边坡稳定性分析中考虑负孔隙水压力的模拟破坏面比Janbu简化方法更符合试验结果，考虑渗流和边坡稳定性的流动侵蚀模型可更好地反映渗流和溢流导致的冰碛坝溃决实际。

冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累积方向冰盖下流速分布,采用非达西渗流理论对冰塞内渗流阻力进行率定,获得了渗流阻力能量损失的变化特征。结果表明,渗流阻力能量损失占总能量损失的比例为11%～21%,冰厚较大位置可达到42%,沿冰塞累积方向,渗流能量损失占比与冰厚和水深之比呈典型的正相关。渗流流量为河道内重要的槽蓄水量,孔隙率在0.39～0.51之间,冰厚与水深之比在0.6～1.4之间时,渗流流量占总流量的9%～26%。渗流流量的变化受孔隙率、冰塞结构及水力特征等共同影响,冰颗粒均匀且随机堆积情况下,冰塞厚度越厚,冰体排列越紧密,孔隙率和渗流系数越小,流体通过多孔介质的比表面积越大,渗流能量损失也越多。本研究进一步明晰了冰塞阻力机理及渗流阻力在冰塞中的重要性,为受凌汛灾害困扰流域解决实际问题提供理论科学依据。

风积土在我国分布范围较广,其具有显著的结构性,在温度、应力和渗流作用下,路基常有冻胀、融沉、强度降低等病害发生,路基填料结构性的损伤与演变是根本原因,给基础建设造成严重经济损失。本论文阐述我国西部高纬度和北方地区风积土,在季节性冻胀、应力和渗流耦合作用下,风积土路基填料结构性的研究现状。

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明:无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。

针对地下水较为发育的季节性冻土区高速铁路路堑地段易发生路基冻胀的情况,采用数值模拟方法,运用SEEP/W软件,进行路基冻胀的井点降水整治研究。结果表明:抽水量为1.5m3·h-1的小型水泵在埋深为5～7m的条件下,连续工作约1.3～1.4h可将其周围的水位降至泵底;井点降水整治中,水泵埋深取为6.7m较为合理;取水泵合理的埋深为6.7m时,为在入冬前将路堑中的地下水位降低到3.8m,需抽水25d;入冬后为确保水位在最大冻深3.0m以下,并同时考虑到节能,可采取间隔抽水方式,而暂停抽水后路堑中心地下水位从3.8m回升到3m需要7.5d(水泵最大间歇时间),然后启动水泵再次将水位从3.0m降至3.8m的抽水时间需要6d。依据数值分析结果在试验段采用井点降水整治后,路基的最大冻胀量从2013年的11.6mm降至2014年的4.5mm,路基的冻胀整治效果较为显著,表明根据数值分析结果制定的井点降水整治方案是合理的。

针对在多年冻土地区道路修筑后,夏季路基边坡存在积水,且积水在土壤中的渗流过程中存在对流换热这一现象,通过计算机数值模拟进行了定性的分析,结果认为,夏季路基边坡积水可导致路基基底之下的多年冻土上限下降,并使夏季路基下形成凹型融化核或扩大已有融化核的深度和范围,从而加大路堤的融化下沉量和冬季的冻胀量,造成路基稳定性程度明显下降。

利用数值模拟方法 ,分析了在多年冻土地区修筑路堤后 ,夏季路基边坡积水通过路堤及在其下土壤的渗流过程中 ,由于对流换热所引起的路堤基底的不稳定现象 .通过计算机数值模拟进一步证实 ,夏季路基边坡积水可导致路基基底之下的多年冻土上限下降 ,并使路基下形成凹型融化核或扩大已有融化核的深度和范围 ,从而加大路堤的融化下沉量和冬季的冻胀量 ,造成路基稳定性程度明显下降 .